Kepler-138b, avagy hogyan mérjük meg egy Földnél kisebb exobolygó tömegét

229

Újabb határt sikerült áttörni a Kepler-űrtávcső segítségével: először mérték meg egy Földnél kisebb, Marshoz hasonló exobolygó tömegét.

Néhány évtizede még teljesen sci-finek tűnt, hogy Földhöz hasonló bolygókat észrevehetünk tőlünk több száz fényévre lévő csillagok körül keringve, pusztán a csillagok előtt való elhaladásuk által. Az pedig még néhány éve is elképzelhetetlennek tűnt, hogy ezeknek az exobolygóknak a tömegét és összetételét is képesek lehetünk meghatározni. Amerikai csillagászok azonban pontosan ezt tették meg a Kepler-űrtávcső mérései segítségével.

A kutatók az exobolygók tömegének megméréséhez általában az anyacsillag apró elmozdulásait figyelik meg, ahogy az a bolygóval közös tömegközéppontot kerülgeti. Egy földméretű exobolygó esetében azonban ez már olyan kis mértékű, hogy a jelenlegi óriástávcsövekkel is szinte lehetetlen kimutatni. Szerencsére ha több bolygó is kering egy csillag körül, más módszer is a rendelkezésünkre áll. Ha a bolygókat látjuk elhaladni a csillag előtt, nincs másra szükség, mint elegendő tranzit, vagyis csillagfedés megfigyelésére.

20150623_kepler138b_kep1
A Kepler-138b tömegének méréséhez a bolygóknak a keringési periódus alapján várt és a tényleges pozíciója közötti különbségeket kellett meghatározni. (Forrás: SETI Inst./Danielle Futselaar)

“Mindegyik bolygó periodikusan gyorsul, majd lassul egy kissé a szomszédos bolygók gravitációjának hatására. Az egyes átvonulások között eltelt időtartam apró változásai lehetővé teszik, hogy meghatározzuk a bolygók tömegét.” – mondta el Daniel Jontof-Hutter, a Pennsylvania State University munkatársa, az eredményeket bemutató szakcikk vezető szerzője.

A Kepler-űrtávcső bolygójelöltek ezreinek fedését figyelte meg a csillagaik körül. A fedés mélységéből meghatározható a bolygó mérete. Ha a fedési időpontok változásából (TTV: Transit Timing Variation) sikerül a tömeget is megállapítani, a két mennyiség megadja az égítest sűrűségét, ez pedig már sokat elárul az exobolygó összetételéről is, vagyis hogy elsősorban gáz, vízjég, vagy kőzet alkotja.

20150623_kepler138b_kep2
Az egyes bolygók fedési időpontjainak eltérése a várthoz képest, a Kepler négy évnyi megfigyelései alatt. A legkisebb (138b) esetén akár közel egy órával is módosul a másik két bolygó gravitációja miatt. (Forrás: Jontof-Hutter et al. 2015)

A Kepler-138 rendszerben három bolygó kering egy Napnál kisebb törpecsillag körül, mind beljebb a lakhatósági zónánál. A periódusok (10,3, 13,8 és 23 nap) közel 5:3 és 4:3 arányúak, vagyis közel rezonáns pályákon keringenek, amely jelentős változásokat tud okozni a tranzit-időpontokban. A Kepler teljes, négy évet átfogó méréseinek elemzésével mindhárom bolygó tömegét sikerült meghatározni. A legkisebb bolygó, a 138b mérete nagyjából a Marséhoz hasonló, és sűrűsége is hasonló, vagy kőzet, vagy kőzet és jég keveréke alkotja. Ez az első eset, hogy egy Földnél kisebb exobolygó tömegét sikerült meghatározni, és ez új fejezetet nyit a kisméretű bolygók kutatásában.

Kep138_Jun16_zoom2-blu
Míg nagy exobolygókból számos méretűt és összetételűt ismerünk, a Kepler-138b az első exobolygó a Földnél kisebb tartományban. Az inzert mutatja, hogy az összetétele azonban még bizonytalan. (Forrás: NASA Ames/W Stenzel, Jontof-Hutter et al. 2015)

A Kepler-138c és d a Földnél nagyobb égitestek, hasonló mérettel, de eltérő sűrűségekkel: a közelebbi (c) elsősorban kőzetből, a távolabbi (d) viszont kőzet és jég keverékéből állhat. A 138d érdekessége, hogy korábbi vizsgálatok még alacsonyabb sűrűséget és kiterjedt hidrogén-hélium burkot sejtettek, de akkor még a legkisebb bolygó hatását nem vették figyelembe. A jövőben pedig még pontosabb képet kapunk erről a bolygórendszerről. A 2017-ben induló TESS űrtávcső a két nagyobb bolygó fedéseit képes lesz újra megmérni, emellett földi megfigyelések, és 2024 után a PLATO-űrtávcső adatai egyre pontosabb dinamikai adatokat biztosítanak majd a rendszerről. A Gaia űrobszervatórium által kimért pontos távolságadat pedig a csillag, és vele együtt a bolygók paramétereinek pontosabb meghatározását teszi majd lehetővé.

Az eredményeket bemutató szakcikk a Nature folyóiratban jelent meg.

Forrás: NASA

Hozzászólás

hozzászólás